UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

ASIGNATURA: circuitos electronicos i.fuente regulada DE BAJA POTENCIA

DOCENTE : ing. yhony ninantay torresINTEGRANTEs : indira luisa duran valdez 110471 jesenia lizbet ttito berrios 110484 FERNANDO LOZANO INkA 134172 russel EDISON cusipuma gallegos 080131

CUSCO PER2014

OBJETIVOS

OBJETIVO PRINCIPAL

Transformar la corriente alterna de alta tensin, en corriente directa de baja tensin, con voltaje fijo y carga variable.

OBJETIVO SECUNDARIO

Realizar el montaje de una fuente regulada de voltaje.

Conocimiento de los diversos componentes utilizados en la construccin de montajes electrnicos.

Implementacin de conocimientos adquiridos con anterioridad en cursos de dispositivos electrnicos y circuitos elctricos.

DISEO Y MONTAJE REAL DE FUENTE REGULADA CON TENSION ESTABLE DE BAJA POTENCIA

GENERALIDADESLa evolucin de nuestrasociedad est ligada a la de laelectrnica. Constantemente convivimos, muchas veces sin ni si quiera darnos cuenta, con todo tipo de elementos electrnicos. A diario, se utiliza un coche, un telfono o se ve la televisin sin saber que todo ello funciona gracias a la electrnica. Hay una interminable lista de cosas que hacen la vida mucho ms fcil y en las que la electrnica juega un papel crucial.En general casi todos los circuitos electrnicos funcionan conalimentacincontinua, sin embargo por su facilidad de generacin, transporte,transformaciny uso, la electricidad de la que se dispone, con ms facilidad, es alterna, en sus diversas formas. Es decir, no siempre disponemos de una fuente elctrica continua, por lo que nos vemos obligados a convertir la electricidad alterna, en Cuzco disponemos en cualquier toma de un domicilio de 220 VAC-RMS, que deben ser tratados para poder alimentar los circuitos electrnicos que contienen los equipos de msica, el aire acondicionado, un ordenador, un microondas, etc. Este es el punto de partida de las fuentes de alimentacin y reguladores electrnicos, que son los encargados de adecuar los valores de la red de distribucin a los valores necesarios para que funcionen adecuadamente y no sufran daos dichos circuitos electrnicos, entre otros usos.Este tipo de fuente fue el primero en utilizarse. Generalmente las podremos encontrar siguiendo el esquema de transformador, rectificador, filtro, regulacin y salida. Podemos afirmar que todas las fuentes diseadas basndose en este esquema son de undiseorelativamente sencillo comparado con otros tipos de fuentes, por ejemplo, las conmutadas.En el diseo yconstruccinde fuentes lineales no siempre va a ser necesario, por parte del fabricante, crear todas las etapas del esquema anteriormente mencionado.

El costo de este proyecto es muy bajo con relacin a la compra de una ya hecha, y adems cuenta con la ventaja de que cada quien ser capaz de repararla en caso de algn dao o algo relacionado.

En definitiva, es recomendable que cada estudiante de ingeniera posea su propia fuente variable para poder realizar montajes y probarlos sin ninguna dificultad y qu mejor manera de aprender, poseer y crecer intelectualmente que realizndola ellos mismos?

DEFINICIONEn general, se entiende por fuente de alimentacin de un equipo elctrico, la parte del mismo destinada a adecuar las caractersticas y parmetros de la energa disponible para la alimentacin del mismo, o fuente de alimentacin primaria, con el fin de proveer un funcionamiento estable y seguro.Puesto que casi todos los circuitos electrnicos trabajan con corriente directa, es necesario realizar la conversin de la corriente alterna que se transmite en el pas. Para convertir la tensin alterna en continua se utilizan los circuitos rectificadores. Sin embargo, la tensin continua disponible a la salida del filtro delrectificadorpuede que no sea lo suficientemente buena, debido al rizado, para una aplicacin particular o que vare su magnitud ante determinados tipos de perturbaciones que puedan afectar al sistema como por ejemplo variaciones de la carga, de la temperatura o de la red hasta un 10%. En estos casos se precisan circuitos de estabilizacin o de regulacin para conseguir que la tensin continua a utilizar sea lo ms constante posible.De aqu, el concepto de fuente regulada de alimentacin, como un dispositivo electrnico encargado de suministrar un voltaje o una corriente continua, lo ms estable posible, a los distintos elementos que se conecte a esta fuente.El diseo y construccin de la fuente regulada de tensin fija de 7.5 voltios, est dividida en las siguientes etapas:

ETAPA DE TRANFORMACION DE VOLTAJE ETAPA DE RECTIFICACION ETAPA DE FILTRO ETAPA DE REGULACION Y ESTABILIZACION ETAPA DE CARGA

ETAPA DE TRANSFORMACION DE VOLTAJEEsta constituido de un transformador reductor con derivacin central 9-0-9 voltios en sus bornes secundarios, con un primario nico de tensin de entrada 220 voltios, de tensin alterna.Las caractersticas ms importantes de un transformador de alimentacin son:

_ Tensin del secundario o secundarios: viene expresada en tensin eficaz._ Potencia mxima entregable por los secundarios: expresada en VA (voltamperios). Resistencia de primario y secundarios: expresada en ohmios, a la temperatura de 25 C._ Prdidas en el ncleo y en los bobinados: expresada en W (vatios)._ Corriente consumida por el transformador sin carga conectada, y expresada en mA (miliamperios).

ETAPA DE RECTIFICADOREst constituido por diodos, Deben ser diodos con unas caractersticas especiales. Un diodo es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor que la de un aislante. El grado de conduccin de cualquier sustancia depende, en gran parte, del nmero de electrones libres que contenga. En un conductor este nmero es grande y en un semiconductor pequeo es insignificante. El nmero de electrones libres de un semiconductor depende de los siguientes factores: calor, luz, campos elctricos y magnticos aplicados y cantidad de impurezas presentes en la sustancia.De hecho, existe un Sub-grupo de diodos llamados as, rectificadores. Los diodos rectificadores deben poder ser capaces de soportar de forma continua valores de corriente que, segn de que aplicaciones se trate, puede llegar a ser elevada o muy elevada. Adems, deben soportar picos de corriente varias veces mayores que su corriente nominal mxima de funcionamiento. En cuanto a las caractersticas de tensin, es normal que puedan trabajar con tensiones inversas de algunas centenas de voltios. Tomemos como ejemplo un diodo rectificador muy difundido, el 1N4007. Tiene aplicacin en fuentes de alimentacin de pequea potencia de salida. Sus principales caractersticas, son:_ Picos repetitivos de tensin inversa: 1000V mximo._ Picos no repetitivos de tensin inversa: 1200V mximo._ Tensin inversa mxima de forma continua: 700V._ Corriente nominal directa mxima: 1A._ Picos de corriente directa no repetitivos: 3A mximo.El tipo de rectificador, que estamos utilizando en nuestro diseo es:Circuito de onda completa bifsico.Se lo ha representado en la figura 2. El secundario del transformador esta subdividido, a travs de una toma central de corriente, en dos partes que presentan dos tensiones, V1 y V2, desfasadas 180o entre s. De esta forma, los dos diodos presentes en el circuito conducen alternativamente, cada uno de ellosuna semionda. El valor medio Vm que se obtiene a la salida (fig. 2) ser as, el doble del rectificador de media onda.

ETAPA DE FILTROEst constituido por un condensador electroltico de 1000f/16v

La capacidad del condensador solamente va a depender de forma directamente proporcional del rea de las placas e inversamente proporcional de la separacin existente entre las mismas.En cuanto a tecnologas de fabricacin, se puede decir que existe una gran variedad en lo que a capacitores se trate. Dentro de esta enorme gama podremos encontrar los llamados electrolticos, los cuales son los de mayor capacidad. Estos deben su nombre a que la capa aislante entre las placas se fabrica de un papel absorbente humedecido con cido electroltico. Durante la fabricacin se les hace circular una corriente elctrica entre sus placas para crear una reaccinqumicaque producir una capa de xido sobre las placas metlicas, constituyendo este, el verdadero dielctrico del capacitor. En la figura siguiente podemos ver detalladamente la estructura interna explicada anteriormente, as como ejemplos del aspecto exterior de dos capacitores electrolticos.

Como se puede apreciar, este capacitor es polarizado, en estos casos su representacin en los planos electrnicos se realiza con alguno de los siguientes smbolos:

La frmula para calcular un capacitor para filtros es.Y para Onda completa

En donde

C= Condensador en faradiosIc= Corriente de consumo del circuito en AmperiosF= Frecuencia en Hertz (50 o 60 Hz dependiendo del pas)Vr= Voltaje ripple o rizado

En nuestro proyecto el resultado del Condensador produce resultados como

0.001 = 1000 F (microfaradio)

ETAPA DE REGULACION Y ESTABILIZACION

Est constituido por un diagrama de bloques de referencia.Muchos reguladores no son adecuados cuando se requiere una tensin de salida extremadamente precisa, dado que:_ La tensin de salida es establecida por el diodo zner, luego no existe posibilidad de ajuste._ Los circuitos revisados no tienen ningn tipo de control interno para que cuando la tensin de salida disminuya o aumente por cualquier causa, se produzca un proceso de realimentacin que permita que la tensin permanezca constante.En la Fig. 8 se muestra un diagrama de bloques de un regulador realimentado.Regulador realimentado.Este regulador funciona como sigue: Supongamos que por cualquier causa la tensin de salida tiende a aumentar (disminuir), la salida del sensor aumenta (disminuye), luego la salida del detector de error disminuye (aumenta), luego esta salida es amplificada por el detector de error y es transmitida por el transistor regulador a la salida, que Consecuentemente decrece, manualmente la salida del regulador tiende a mantenerse constante. Los bloques transistor regulador, sensor y tensin de referencia permanecen prcticamente inalterados de un circuito regulador a otro. La principal diferencia entre estos circuitos es el amplificador de error, el que puede implementarse con un transistor, un par diferencial o un amplificador operacional: Fig.8

El circuito de la Fig. 9, es un regulador realimentado con componentes discretos sin limitador de corriente. Si VL disminuye, debido a un aumento de la corriente requerida, entonces el voltaje de la juntura base-emisor de Q2 disminuye, haciendo que la corriente en el colector de Q2 disminuya, es decir, extrae menos corriente de la base de Q1, permitiendo as que un porcentaje ms grande de la corriente que circula por R4 excite a Q1 (en la base), activndolo ms en el estado de conduccin.

fig.9En la actualidad existe gran variedad de circuitos integrados (CI) reguladores, de caractersticas fijas o ajustables, los cuales son muy verstiles, de fcil uso y de bajo costo. En este regulador posee un amplificador diferencial (Q1 y Q2), que compara el voltaje de zner con el voltaje proporcionado por el par R1 - R2. (Que es la red de realimentacin), R7 tendr un valor de 3.3k. Los transistores Q4 y Q5 forman el transistor regulador. La etapa de proteccin contra sobre corriente es realizada por Q3 y la resistencia R5. El funcionamiento es exactamente igual que el de un regulador de voltaje realimentado.

En nuestro proyecto montaremos el siguiente circuito modelado transistorizado operacional.Tambin el diodo zner tiene como funcin mantener el voltaje en un nivel alrededor de los 9V para que no se daen lostransistores, y peculiarmente Q4. Cumple la funcin de polarizador. Las fuentes de corriente I1 e I2 proveen la polarizacin adecuada tanto para D1 (zner), como para Q1 Y Q2. El transistor Q4 extrae menos corriente de la base de Q5, permitiendo as que un porcentaje ms grande de la corriente que circula por R4 excite a Q3 (en la base), activndolo ms en el estado de conduccin. El voltaje de entrada (no regulado) ingresa entre los terminales Vi-GND y el voltaje de salida se obtiene entre los terminales Vo-GND. La tensin de salida depende de la relacin de las resistencias R1- R2 de la forma.

Por esta razn, nuestro diseo, R2=2.2k y R1=1.2k.Para determinar esta expresin, podemos ignorar Q3, pues no estar activo mientras no circule una corriente mayor a la corriente mxima en la salida. La cada de tensin en R5 puede considerarse despreciable, luego la tensin en la base de Q2 es:

Puede considerarse ese valor pues, el circuito transistorizado diferencial debiera tener una resistencia de entrada muy alta. El mayor o menor voltaje de diferencia har que por el colector de Q2 circule mayor o menor corriente, esto implica que la corriente de base de Q4, aumentar o disminuir si el voltaje aplicado en la base de Q2 baja o sube. El resistor R3, que de be ser tal corriente necesario para excitar al transistor Q3, y que en nuestro diseo consideramos como 2.2k, ahora este transistor Q3 con la resistencia R3, forman el circuito de nombre limitador de corriente.

Limitador de corrienteEstablece una realimentacin negativa cuando la corriente de carga sobrepasa la mxima especificada por el regulador, manteniendo la corriente de carga constante aun cuando la resistencia de carga sea menor al mnimo requerido por las especificaciones del regulador. En esta ltima situacin el circuito ya no funciona como regulador, puesto que la tensin de salida no puede permanecer constante, sino que decrece conforme la resistencia de carga disminuye. Cuando la corriente de carga excede el mximo permitido, se genera una cada de tensin en la juntura base-emisor de Q2, logrando que dicho transistor conduzca, luego disminuye la corriente que excita la base de Q1, haciendo que la corriente de carga disminuya. Luego R se disea de tal forma que cuando la corriente de carga aumente en forma excesiva, el transistor Q2 comience a conducir.

La resistencia R se disea como:

Esto asegura que Q2 comienza a conducir cuando la corriente de carga sobrepasa el mximo permitido.

La funcin del condensador electroltico de 10 f, es la de es pulir el rizado final, as estabilizarlo un poco ms.ETAPA DE CARGA

La salida de tensin lineal, nos atinan valor fijo de 7.5 voltios estable, con un rango de corriente sobre la carga de 40 y 50 mA, respectivamente. Por ende necesitamos utilizar una resistencia de valores de 150 o 180ohmmios. VL= 7.5v IL=40mA ==== R=180VL= 7.5v IL=50mA ==== R=150

SIMULACION DE LAS ETAPAS DE LA FUENTE EN PROTEUS 8.0

En este circuito la carga RL = 180

En este circuito la carga RL = 150

MATERIALES Un transformador de 18 voltios con tap central(9-0-9) 2 diodos rectificadores 1N4007, en un protoboard. 2 condensadores electrolticos de 1000 f, 10 f, y uno cermico 100nf. Diodo Zner 9.1 v de 500mW1N5239. 5 Transistores NPN, del modelo 2N2222. 7 resistencias (1, 1k, 1.2k, 2.2k, 2.2k, 3.3k, y 150-180).

MONTAJE

Se presenta en nuestro protoboard, para realizar las medidas correspondientes en el laboratorio.

CONCLUSIONES

-Los reguladores de voltaje son sistemas que permiten mantener un voltaje fijo en la salida independiente de la corriente requerida por la carga. Estos pueden ser tipo paralelo o serie. Si se requiere mayor precisin, el regulador puede ser realimentado, con lo cual tambin se podra obtener reguladores ajustables (voltaje de salida variable). -Para el diseo de reguladores se debe conocer el voltaje y la corriente mxima requerida as como la ondulacin de la entrada. Esto servir para especificar el elemento de referencia, el transistor regulador (en el caso de requerirse corrientes sobre 1Amperio) y si este ha de ser ajustable o no.

RECOMENDACIONES

En el presente proyecto se deber tener cuidado la base del software de operacin con el cual estamos empleando, sea la versin del software, en este proyecto estamos utilizando:PROTEUS DESIGN SUITE 8.0

BIBLIOGRAFIA

www.geocities.com/jose_luis_cardenas/tesis_ejemplo_anteproyecto.doc www.adigital.pntic.mec.es/~aramo/circu/circu.htm www.forosdeelectronica.com/about672.html Richard C. Dort, James A. Svoboda.